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96 台灣大學微積分(B) 第 10 題

考題 / 轉學考微積分 / 台灣大學 / 微積分B

96學年度 · 96台大微積分B · 第 10 題

題目

Problem

二、計算證明題(注意:若無計算過程,不予計分)

  1. 設冪級數(power series) ∑n=0∞anxn\sum_{n=0}^{\infty}a_nx^n 的收斂半徑為 δ\delta,且 h(x)=∑n=0∞anxn,f(x)=∑n=1∞nanxnh(x)=\sum_{n=0}^{\infty}a_nx^n,\qquad f(x)=\sum_{n=1}^{\infty}na_nx^n 其中 ∣x∣<δ|x|<\delta。(14%)(14\%)

(1) 試求 f(x)f(x),h(x)h(x) 之間的關係。

(2) 試求 ∑n=1∞n8n\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\frac{n}{8^n} 之值。

解答

解法一

思路

展開
  • 對冪級數逐項微分後乘以 xx,即可得到含 nanxnna_nx^n 的級數。
  • 第二小題把幾何級數的導數代入 x=18x=\frac18。

答題過程

展開

(1) 在 ∣x∣<δ|x|<\delta 內可逐項微分,故

h′(x)=∑n=1∞nanxn−1,f(x)=xh′(x).h'(x)=\sum_{n=1}^\infty na_nx^{n-1}, \qquad \boxed{f(x)=xh'(x)}.

(2) 取 h(x)=∑n=0∞xn=11−xh(x)=\sum_{n=0}^\infty x^n=\frac1{1-x},則

∑n=1∞nxn=x⋅1(1−x)2.\sum_{n=1}^\infty nx^n=x\cdot\frac1{(1-x)^2}.

令 x=18x=\frac18,得

∑n=1∞n8n=849.\boxed{\sum_{n=1}^\infty\frac{n}{8^n}=\frac8{49}}.